第３２卷第４期２０１４年８月
轻工机械Ｖ０１．３２Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１４
Ｌ蛐ｔ
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
［新设备・新材料・新方法］
微小螺钉输送和拧紧装置
汲德安，张敏良，王荣，田
园
（上海工程技术大学机械工程学院，上海２０１６２０）
摘要：针对目前电子电器类产品的微小螺钉装配时存在装配精度和速度上的不足，提出一种新型微小螺钉输送和拧紧装置，设计了输送和拧紧装置的组成结构，介绍了装置中主要部件的工作原理，并分析了输送过程中输送轨道的倾斜角度和输送管道的弯曲程度，采用机械振动和气动传输相结合以实现微小螺钉的排序和输送。该装置可以实现微小螺钉装配的自动化，与传统的手工装配或半自动化装配相比，具有工作效率高、产品装配质量高和装配成本低等特点，主要用于工业生产流水线上微小螺钉的自动化装配过程中。关键词：微小螺钉；拧紧装置；螺钉输送：装配精度中图分类号：ＴＰ２３
文献标志码：Ａ
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文章编号：１００５－２８９５（２０１４）０４旬０７３—０４
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随着工业自动化的快速发展，产品装配过程由原
一～一一～一一｛｜一来手工装配逐渐向自动化装配发展¨。２Ｊ。传统的螺钉人工装配工作效率低、工人的劳动强度大、产品装配质
一一一一一～一一一～一一一一一一一一一一一一一～一～一～一～一岘一
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的微小螺钉，因其体积小，在装配过程中会出现诸多问
题，例如螺钉的输送过程，通过机械手则难度相对较大且成本高。本文所介绍的输送和拧紧装置，具有结构简单紧凑、尺寸小、效率高、成本低等特点，特别适用于
量不稳定。随着社会和生产的需求，出现了半自动螺
钉装配机，如手持式螺钉拧紧机，一定程度上减轻了工
复杂工位的微小螺钉装配。
人的劳动强度和提高了工作效率，但仍然需要人工的
干预，自动化程度不高ｐｏ。自动化螺钉装配机可以实现螺钉装配过程的完全自动化，装配过程中无需人工干预，装配的效率高、产品质量稳定，如通过机械手和螺钉拧紧机组合实现螺钉的自动装配过程Ｍ。５Ｊ，或者其它螺钉输送装置和拧紧机构组合使用。对于型号较小
收稿日期：２０１４—０１—０１；修回日期：２０１４—０３—２０
微小螺钉输送和拧紧装置原理
微小螺钉输送和拧紧装置（如图１所示），整个装置由螺钉振动排序盘、输送倾斜轨道、螺钉分配盘、螺
钉输送管道、空气压缩机、螺钉拧紧机、控制系统装置等组成。工作时，螺钉放入到排序盘中，通过排序盘内
的定向结构和振动作用完成对微小螺钉的排序，随后
基金项目：上海工程技术大学产学研项目：ＭＴ熔断器流水线系统研究和开发（０９ＪＸ旬１３）
作者简介：汲德安（１９８９），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方向为机械制造自动化、流体机械。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｄｅａｌ／２０１２＠１６３
１３０ｍ
轻Ｉ枧械Ｌｉ出ｔ
ＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ２０１４年第４期
经倾斜输送轨道送至分配盘，通过分配盘转动控制螺
钉进入输送管道的时问和数量，分配盘和输送管道之
根据工作情况使螺钉进入输送管道的时问提前。这样可以避免因螺钉进入的时问和数量的不对所造成的工作事故和故障。
问有一段倾斜轨道，可使螺钉在重力作用下从分配盘滑入至输送管道内，然后经气流输送力作用把微小螺
钉输送到指定工位，通过螺钉拧紧机完成螺钉拧紧和
２螺钉排序和输送原理
螺钉在进入输送管道之前需要进行排序，螺钉排序方法一般采用电磁振动盘∞。７ｏ进行排序（如图２所
固定的装配过程。整个装置工作过程中可实现自动化无需人工干预，同时，控制系统可根据实时工作情况对工作过程进行调整，如某个螺钉在拧紧过程中出现耗
费时问稍长，控制系统通过控制分配盘的转动情况，对下一螺钉进入输送管道的时问进行延时，同理还可以
控制信号线
控制和监测信号线
示），电磁振动盘可根据工作情况进行设计，其核心是
振动盘内的定向和筛选结构（如图３所示），不同型号的螺钉所使用的定向和筛选结构不同；其次是振动盘的振动频率以及振动盘的整体尺寸。
图１微小螺钉输送和拧紧系统
Ｆｉｇｕｒｅ１狭槽轨道
图２螺钉排序盘
Ｆｉｇｕｒｅ２
Ｓｙｓｔｅｍｏｆｓｍａｌｌｓｃｒｅｗｓｃｏｎｖｅｙｉｎｇａｎｄｔｉｇｈｔｅｎ
挡块
挡条
Ｓｃｒｅｗｓｏｒｔｉｎｇｄｉｓｃ
料盘壁
图４输送轨道截面
图３
螺钉定向和筛选结构
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｃｒｅｗ
Ｆｉｇｕｒｅ４Ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｖｅｙｉｎｇｔｒａｃｋ
Ｆｉｇｕｒｅ３
ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｓｃｒｅｅｎｉｎｇ
质心将位于接触点的正下方与螺钉轴线相交处，接触点到轴线距离为三，则
２
。
螺钉倾斜输送轨道的截面如图４所示，其倾斜角
度的大小影响螺钉在轨道上的输送，通过分析螺钉输
ｄ２一Ｓ２
一
４
送过程确定临界角度值。倾斜角度临界位置见图５。
如图５所示，随着轨道倾角０逐渐增加，初始螺钉
头部角Ｂ不与轨道封盖上表面接触，螺钉沿斜面方向分力大于螺钉与斜面之问的摩擦力，螺钉正常滑动。
式中：ｓ为螺钉直径，ｄ为螺钉头部直径。
通过ＡＡＣＥ可得
÷＝ｔａｎ（０一理）
６
随着轨道倾角的进一步增加，当螺钉头部角Ｂ刚好与轨道封盖表面相接触时，在达到这个条件的瞬时，螺钉
式中：ｆ为螺钉质心到螺钉头部下侧所在平面的距离，理为螺钉头部下侧面与轨道面的夹角，０为轨道倾角。
［新设备・新材料・新方法］汲德安，等：微小螺钉输送和拧紧装置
螺钉进
分
图６螺钉分配盘
Ｆｉｇｕｒｅ６
Ｓｃｒｅｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｄｉｓｃ
图５倾斜角度的临界位置
Ｆｉｇｕｒｅ５
Ａｎｇｌｅｏｆｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｓｉｔｉｏｎ
由图可知理＝ｐ—ｙ其中，
ｆｉ＝ａｒｃｓｉｎ｛矿瓦鼻鬲小Ｔ＝ａｒｃｓｉｎ（点）
Ｄ为轨道深度，ｈ为螺钉头高度，ｔ为螺钉头端直径。
综合以上各式可得
０
２
图７
Ｆｉｇｕｒｅ７
弯曲管道的程度
Ｄｅｇｒｅｅｏｆｂｅｎｄｉｎｇｐｉｐｅ
ａｒｏｔａｎ（亍）一ａｒｏｔａｎ‘；万１５五）＋
Ｄ
踟８１ｎｉ面■万万矛ｆ
．ｆ
］
为输送零件的最大直径。
由几何关系可得
３分配盘和输送管理论分析
分配盘结构如图６所示，由分配转盘、分配盘壁、
（Ｒ＋Ｄ：一ｃ）２＋ｆ—Ｌ了１１＝（Ｒ＋Ｄ２）２
或
动力和控制部分等组成，分配转盘上所开螺钉槽数目可以根据工作情况而定，图６中为８个螺钉槽，分配转
盘每次转过的角度为４５。。分配盘不仅具有控制螺钉进入输送管道的数量，还可以控制螺钉每次进入管道的问隔时问。通过控制系统协调作用使得分配盘能根据工作情况进行实时的调整，达到精确和快速输送螺钉的功能。
螺钉经分配盘后进入输送管道，螺钉在气流作用力下沿管道输送到指定位置。在输送过程中，管道的
２ｃ（Ｒ＋Ｄ２）一Ｃ２＝ｆ了Ｌ１１
式中，Ｒ为管道弯曲半径，三，为零件长度，Ｃ为问隙。由于Ｃ比２（Ｒ＋Ｄ，）小得多，那么上式可简化为
２ｃ（Ｒ＋Ｄ２）＝ｆ了Ｌ１１
联立以上各式可得
Ｄ２－ｏ．５№川ｄ２＋玎２邶一ｄ。，）
通过上式分析可以确定螺钉寸尺、管道直径和弯
弯曲程度不能太大，设计时一般根据所输送的螺钉尺寸而定。螺钉与管道问的缝隙要合适，缝隙太大会造成输送过程中能量损失大，缝隙太ｄ，ｊＨ，ｍＪ容易出现堵
塞＿８Ｊ。在管道的弯曲段，分析管道直径和螺钉尺寸以及管道弯曲半径之问的关系，如图７所示。
曲半径三者之问的关系，从而为设计管道直径和弯曲
程度提供理论参考，更好地分析螺钉的输送过程。
４螺钉拧紧机工作原理
拧紧装置（图８）是由气缸、动力机构、传感器、拧紧轴、控制系统等组成。通过气缸控制拧紧轴的上升和下降，动力机构控制拧紧轴的转动，两者共同作用实
对于通过弯曲段的某个螺钉，最小管道直径Ｄ，由
下式给出
Ｄ２＝Ｃ＋ｄｌ
现螺钉拧紧功能。装置通过扭矩和拧紧轴下降的距离控制螺钉的拧紧过程，当螺钉从螺钉进Ｅｌ处进入滑落
到垂直方向的孔中，并有定位夹对螺钉进行定位，使螺
式中：Ｃ为临界位置时输送零件与管道的最大问隙，ｄ，
・７６・
轻Ｉ机械Ｌｉ出ｔ
ＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｅｈｉｎｅｚＴ２０１４年第４期
钉处于有利于拧紧的状态即螺钉拧紧端处在定位夹上与上方拧紧轴轴心对齐，螺钉下方穿过定位夹孔位于工件螺孔的上方。随后经传感器检测到螺钉位于拧紧轴下方，气缸上端进气孔进气，推动活塞向下运动，活
为螺纹的公称直径／ｎｌ。
螺钉拧紧过程是通过传感器向控制系统传输拧紧
过程中扭矩大小，控制系统则根据传感器反馈的值对
伺服电机进行控制。
５
塞杆与伺服电机外壳相连，推动整个装置向下运动。
当加载头与螺钉接触时拧紧轴转动，开始对螺钉拧紧
结论
通过该螺钉输送和拧紧装置，可以快速方便地实
的过程，当拧紧扭矩达到预设值时，通过判断拧紧轴下降的距离与工作要求下降的距离进行比较，当小于工作要求的距离时，电动机加大输出扭矩带动拧紧轴继续对螺钉进行拧紧；当等于工作要求的距离时，电机停
转，拧紧轴上升，完成螺钉拧紧过程ｐ。１…。
现螺钉的拧紧过程，尤其是在微小螺钉自动化装配过
程中。与现有的螺钉自动输送和拧紧机构相比，该输
送系统造价低、结构简单、控制精度高；整个装置体积小，可适用于空问较小的工作场合；工作过程容易控
制，而且精度和可靠度相对较高；该装置通过气力输送
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Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ＳＵＢＲＡＭＡＮＩＡＮＶ，ＢＵＲＫＳＴＦ．Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｖｅｈｉｃｌｅｔｕｒｎｉｎｇｉｎｔｈｅｈｅａｄｌａｎｄｓｏｆ
ｃｉｔｒｕｓ
ｇｒｏｖｅｓ『Ｃ］／／２００７ＡＳＡＥ
Ｓｏｃｉｅｔｙｏｆ
Ａｎｎｕａｌ
Ｍｅｅｔｉｎｇ．
Ｊｏｓｅｐｈ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ：ＡｍｅｒｉｃａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２００７：１０１５．
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
ａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌ
微小螺钉输送和拧紧装置
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
汲德安， 张敏良， 王荣， 田园， JI Dean， ZHANG Minliang， WANG Rong， TIAN Yuan上海工程技术大学机械工程学院,上海,201620轻工机械
Light Industry Machinery2014,32(4)
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